本发明属于桥梁抗震技术领域，具体涉及一种自复位弹簧限位缓冲抗震挡块防落梁结构。
背景技术：
我国处于环太平洋地震带和欧亚地震带的交界地区，是一个多地震国家，从20世纪80年代开始，我国进入新的地震活跃期，地震发生频率明显提高。并且我国的地震震害具有强度大、频度高、分布范围广等特点。近年来我国修建了大量的公路桥梁，一旦在地震中发生破坏，这将不仅给人民的生命财产造成极大的威胁，更将制约着我国社会经济的发展，也必将造成极大的损失。我国的几次大地震也产生了大量的桥梁破坏，这对我国正在蓬勃发展的路桥建设构成严重的潜在威胁。经过调查统计研究，我国桥梁在地震中的破坏表现形式主要为：梁体和桥墩之间在横桥向、顺桥向的位移过大产生落梁震害；在顺桥向与横桥向，抗震挡块与梁体之间的巨大碰撞力，会引起挡块与梁体的自身破坏；伸缩缝处梁体相对碰撞使得伸缩缝与梁体局部损坏，并把碰撞效应传递到下部的桥墩桥台，引起其产生不可恢复性的损伤；地震波引起的竖向位移导致梁体与支座脱落并造成支座和梁体的双重损坏。
目前我国的桥梁为了限制上部梁体横桥向与顺桥向相对位移，常在桥墩盖梁顶部两侧或盖梁侧部设置钢筋混凝土挡块，而对竖向位移的限制研究较少。传统上防止横向位移都只能是左右两个挡块中的一个起作用，不能使两个挡块同时起作用。普通钢筋混凝土挡块与梁体之间为刚性碰撞，若挡块刚性太小，则挡块容易发生不可修复的损伤；而当挡块刚度过大时，易使梁体发生局部破坏且将挡块与梁体间碰撞效应传递到上部伸缩缝处与下部桥墩处造成损坏。此外目前的大多数挡块不能很好的处理余震的地震能。
为了克服上述缺陷，需要设计和开发一种新型的自复位弹簧限位缓冲抗震挡块防落梁结构，不仅能够把挡块与梁体之间的刚性碰撞缓冲为柔性碰撞，还能够限制梁体的横桥向与竖向位移，有效耗散余震带来的地震能并起到自复位的作用。
技术实现要素：
鉴于现有技术和构造上的上述不足，本发明提供了一种在能过自复位的弹簧限位缓冲抗震挡块防落梁结构，限制横桥向与竖桥向梁体与桥墩之间相对较大的位移，防止支座损伤，防止梁体落梁震害，当桥梁受到地震、风振等外部激励的时候，能有效减小碰撞区域的局部损坏并通过弹簧装置有效衰减不同方向传递至桥梁的振动激励，有效削弱梁体对抗震挡块的撞击作用并耗散地震能量，并利用形状记忆合金的特性与弹簧结构达到有效耗散余震能量，起到自复位的作用。
为实现上述目的，本发明的技术方案是，一种能够自复位的弹簧限位缓冲抗震挡块防落梁结构，其特征在于：包括挡块块体（3），形状记忆合金柱（10），弹簧限位器d；挡块块体（3）与墩顶盖梁（1）为统一整体设置在墩顶盖梁（1）上部两端；墩顶盖梁（1）顶面设置有减隔震支座（14），梁体（2）支撑于所述减隔震支座上；形状记忆合金柱（10）的两端分别与挡块块体（3）和梁体（2）螺旋固定；弹簧限位器d位于墩顶盖梁（1）与梁体（2）之间并与两者连接；橡胶套（7）与橡胶套内置弹簧（5）与挡块块体（3）外侧形状记忆合金螺栓头（6）嵌套并置于挡块块体（3）外侧与形状记忆合金螺栓头（6）内侧之间；形状记忆合金柱（10）通过梁体（2）与挡块块体（3）中部，挡块块体（3）与梁体（2）和外侧形状记忆合金螺栓头（6）之间预留一定距离。
所述弹簧限位器d位于墩顶盖梁与梁体之间的中部，由钢筋混凝土三棱块（13）、弹簧（12）、钢板垫层（11）、锚筋（15）构成，钢板垫层（11）镶嵌在钢筋混凝土三棱块（13）表面，弹簧（12）锚固于埋置在梁体（2）与墩顶盖梁（1）内的锚筋（15），弹簧（12）头部埋入钢筋混凝土三棱块（13）并连接上部梁体（2）与下部墩顶盖梁（1）。该结构可在顺桥向与横桥向，根据梁体（2）的大小与所需要的抗震强度进行增减。
梁体中部的两端和挡块块体中部加工有槽孔，形状记忆合金柱（10）穿过槽孔在挡块块体（3）外侧与形状记忆合金螺栓头（6）螺旋固定，并限位于挡块块体（3）外侧；形状记忆合金柱（10）在梁体（2）内侧与形状记忆合金锚块（9）螺旋固定，并限位于梁体（2）内侧。
进一步的，所述挡块块体（3）与梁体（2）之间最优距离为40mm-100mm，与外侧形状记忆合金螺栓头（6）之间最优距离为20mm-50mm，如图5所示，且满足l1>l2。
所述挡块块体（3）为梯形，挡块块体（3）内侧嵌套有一层橡胶垫层（4），优选厚度为20mm-30mm。
进一步的，所述形状记忆合金柱（10）的优选直径为10cm-15cm，梁体（2）与挡块块体（3）的槽孔略微大于形状记忆合金柱（10），形状记忆合金柱（10）设置为两根，也可根据梁体的长度与大小增加或减少。
所述形状记忆合金锚块（9）截面为正六边形，形状记忆合金锚块（9）下有一层截面略大于形状记忆合金锚块（9）截面的钢垫片（8），厚度为5-10mm，钢垫片（8）通过螺钉（16）与梁体（2）锚固。
所述挡块块体（3）外侧形状记忆合金螺栓头（6）截面为圆形，大于槽孔，形状记忆合金螺栓头（6）外沿有沟槽，橡胶套（7）嵌套形状记忆合金螺栓头（6）的沟槽中，橡胶套内置弹簧（5）放置在橡胶套（7）内。
进一步的，所述橡胶套内置弹簧（5）为有四个劲度系数较大的弹簧，橡胶套内置弹簧（5）对称布置，橡胶套内置弹簧（5）优选高度为5cm-10cm。
所述与弹簧相连的锚筋，直径d可选用10mm-25mm，锚筋深度为15d-30d，下部锚筋深度大于上部锚筋。
进一步的，利用弹簧限位器与橡胶套内置的弹簧特性可以达到缓冲自复位效果。
上述的布置方法，进一步的，均为对称设置。
所述形状记忆合金的一种重要性质是伪弹性，又称超弹性，表现为在外力作用下，形状记忆合金具有比一般金属大的多的变形恢复能力，即加载过程中产生的大应变会随着卸载而恢复，从而在受到拉拔产生变形后达到自复位的效果。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果。
（1）本发明由于设置有弹簧限位器，在弱震作用下梁体在横桥向、竖直方向发生位移，弹簧限位器将发生弹性变形吸收地震能并且能够通过弹性形变逐渐衰减地震能，在强震作用下形状记忆合金柱在加载过程中产生的大应变会随着卸载而恢复，从而在受到拉拔产生变形后达到自复位的效果。
（2）形状记忆合金柱的柱头与形状记忆合金锚块、形状记忆合金螺栓头间设置有螺纹结构便于调节距离，可操作性高。
（3）挡块块体上的橡胶垫层与橡胶套内置弹簧结构都具有缓冲作用，并且能够达到在梁体发生横向大位移与挡块块体碰撞时墩顶盖梁两端部分的挡块块体能够同时起作用的目的。
（4）该结构具有构造简单、实用性高、兼容性强、可协调性好，施工方便等优点。
附图说明
图1是本发明一种自复位弹簧限位缓冲抗震挡块防落梁结构的横桥向断面图。
图2为图1的a-a截面示意图。
图3为图1的b处放大示意图。
图4为形状记忆合金柱与梁体内侧锚固示意图。
图5为图1的c处放大示意图。
图6为挡块块体外侧形状记忆合金柱与橡胶套弹簧缓冲结构相结合的结构布置示意图。
图7为图1的弹簧限位器d放大示意图。
图8为梁体下部弹簧限位结构布置。
在图中：1为墩顶盖梁，2为梁体，3为挡块块体，4为橡胶垫层，5为橡胶套内置弹簧，6为形状记忆合金螺栓头，7为橡胶套，8为钢垫片，9为形状记忆合金锚块，10为形状记忆合金柱，11为钢板垫层，12为弹簧，13为钢筋混凝土三棱块，14为支座，15为锚筋，16为螺钉，d为弹簧限位器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的构思、具体细节及获得的技术效果作进一步说明。
如图1至图8所示，本发明一种自复位弹簧限位缓冲抗震挡块防落梁结构。
一具体实施例，包括弹簧限位器d，形状记忆合金柱10，形状记忆合金螺栓头6、橡胶套7、橡胶套内置弹簧5、钢垫片8、形状记忆合金锚块9、形状记忆合金柱10、墩顶盖梁1、梁体2、挡块块体3、橡胶垫层4。本实施例选用的桥梁为预应力混凝土桥，所述桥梁抗震挡块结构及布置方法同样适用于钢桥等其他桥型。
如图1至图2所示，墩顶盖梁1上设置有支座14，挡块块体3设置在墩顶盖梁1的两侧，挡块块体3的内侧嵌套有橡胶垫层4，挡块块体3与梁体2中部开设有槽孔，形状记忆合金柱10穿过槽孔并通过形状记忆合金锚块9限位在梁体2内侧，通过形状记忆合金螺栓头6限位于挡块块体3外侧，挡块块体3外侧的形状记忆合金螺栓头6与橡胶套7、橡胶套内置弹簧5嵌套，弹簧限位器d位于墩顶盖梁1与梁体2中间，钢筋混凝土三棱块13分别附于墩顶盖梁1和梁体2上，钢板垫层11镶嵌在钢筋混凝土三棱块13的表面，弹簧12锚固于上下部的钢筋混凝土三棱块13的埋置锚筋15上。
具体的，如图3至图4所示，先在上部梁体2中部开设槽孔，将形状记忆合金柱10穿过槽孔，在梁体2内侧的形状记忆合金锚块9下先垫上钢垫片8，再用形状记忆合金锚块9与形状记忆合金柱头螺旋拼装，最后用螺钉16锚固钢垫片8于梁体2内侧。形状记忆合金柱10在顺桥向方向设置两个，可根据实际桥梁的抗震需要增减。
如图5至图6所示，橡胶套7，弹簧5嵌套于挡块块体外侧形状记忆合金螺栓头6上，形状记忆合金柱头穿过该结构与形状记忆合金螺栓头6螺纹拼装，可根据实际挡块块体3与梁体2的位置调节旋进距离以控制l1与l2的距离。
具体的，所述挡块块体3与梁体2之间最优距离为40mm-100mm，与外侧形状记忆合金螺栓头6之间最优距离为20mm-50mm，如图5所示，且满足l1>l2。
如图7和图8所示，弹簧限位器d置于墩顶盖梁1与梁体2之间，下部为一个钢筋混凝土三棱块13，上部为两个，钢筋混凝土三棱块13的横截面为等腰直角三角形，其表面有钢板垫层11镶嵌加固，且每个钢筋混凝土三棱块13底部埋置有锚筋15，钢筋混凝土三棱块的长度可根据墩顶盖梁1的宽度取，最优距离为1m-1.5m，上下部钢筋混凝土三棱块13之间通过高劲度系数弹簧12连接，为防止应力集中现象，弹簧12错位连接，每个锚筋15上只连接有一端弹簧12，在顺桥向与横桥向，该结构的数量均可根据桥梁的抗震需要增减。
所述墩顶盖梁1上部两端挡块块体3的位置、弹簧限位器d的位置均对称设置，左右两端挡块块体3与梁体2之间、挡块块体3与外侧形状记忆合金螺栓头6之间距离控制相等。
具体的，上述结构的技术原理为当桥梁受到弱震作用，梁体在地震作用下有横桥向与竖直方向位移，此时联动连接着墩顶盖梁1和梁体2的弹簧限位器d，弹簧限位器d中的高劲度系数弹簧12发生位移，弹簧12通过弹性势能吸收能量并限制梁体2的横向与竖向位移，在弹簧12的往复收缩与拉伸中逐渐衰减地震能并将梁体2复位；当受到强震作用时候，梁体2在地震作用下发生大位移，这时弹簧限位器d的变形过大，一端挡块块体3外侧的形状记忆合金螺栓头6与橡胶套7开始与挡块块体3外侧接触，并通过橡胶套内置弹簧5的压缩变形、形状记忆合金柱10的拉伸变形进一步耗散地震势能；当位移继续增大时，另一端的挡块块体3内侧将与梁体2直接接触阻挡梁体2的位移，三层式的泻力过程最后将地震能耗散并使梁体2自复位。